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压力变送器的工作原理有哪些

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工作原理详解
(一)核心部件与作用
压力变送器的核心部件是压力敏感元件,常见的有金属薄膜应变片和硅压阻片。金属薄膜应变片具有良好的机械强度和稳定性,当受到压力作用时,金属薄膜会发生微小的形变,从而导致其电阻值发生变化。硅压阻片则利用了硅材料的压阻效应,当压力作用于硅压阻片时,其内部的电阻值会随着压力的变化而变化。这些压力敏感元件的作用就是将被测压力转换为电信号输出,为后续的信号处理和传输提供基础。
据相关资料显示,硅压阻片在压力变送器中的应用越来越广泛,其精度可高达 ±0.02% FS,稳定性优于 ±0.05% FS。这种高精度和高稳定性使得压力变送器在工业生产中能够准确地测量各种压力参数,为生产过程的控制和优化提供可靠的数据支持。
(二)信号转换过程
当压力作用于敏感元件时,会产生应变,进而导致电阻值发生变化。通过测量这个电阻值的变化,并经过一系列的处理,可以得到与压力成比例的电信号。例如,在应变片传感器中,应变片粘贴在一个弹性膜片上,当压力施加在膜片上时,膜片变形,导致应变片的电阻发生变化。这个电阻变化会被转化为电信号。
在压电传感器中,使用压电材料(如石英)来感应压力。当压力施加在压电材料上时,会产生电荷,这些电荷被转换为电信号。无论是哪种传感器,其信号转换过程都需要经过放大和调理,以提高信号的精度和稳定性。
(三)电容变化与信号输出
当两侧压力不一致时,测量膜片会产生位移。这个位移量和压力差成正比,从而使两侧电容量不等。通过振荡和解调环节,可以将这个电容的变化转换成与压力成正比的信号。然后,由芯片将电压信号转换为标准电流或电压信号输出。
以电容式压力变送器为例,被测介质的两种压力通入高、低两个压力室,作用在敏感元件的两侧隔离膜片上,通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。当两侧压力不一致时,测量膜片产生位移,其位移量和压力差成正比,故两侧电容量就不等。电容式压力变送器的 A/D 转换器将解调器的电流转换成数字信号,其值被微处理器用来判定输入压力值。最后,经过转换的电信号被送到控制系统、显示器或其他设备,用于监测、控制和记录压力变化。
主要类型与特点
(一)常见类型介绍
压力变送器有多种类型,在工业领域中广泛应用。其中电容式压力变送器采用结构简单、坚固耐用且极稳定的可变电容,当感受到压力变化时,膜片的微小变形改变两极间距,输出与被测压力成正比的直流电压或电流信号。一般意义上的压力变送器主要由测压元件传感器、测量电路和过程连接件三部分组成,电容式压力变送器也不例外。
扩散硅压阻式压力变送器采用具有国际先进技术进口陶瓷传感器,再配以高精密电子元件。其产品特点众多,如抗过载和抗冲击能力强,过压可达量程的数倍;稳定性高,每年优于 0.1% 满量程;温度漂移小;适用性广、安装维护方便,可任意位置安装等。
陶瓷压力变送器采用具有技术进口陶瓷传感器,与目前使用的常规压力变送器相比有两个显著不同技术差别:一是测量元件采用新兴的高精密陶瓷材料;二是测量元件内无中介液体,是完全固体的。它具有抗过载和抗冲击能力强、稳定性高、温度漂移小、适用性广等特点。
应变式压力变送器采用特殊的粘合剂将应变片粘合在一起产生力学应变,在机体受力发生变化时,电阻应变片也会随之出现一定的形变,进而影响到阻值的大小,电阻上的电压发生改变。该变送器具有高精度,长期稳定性好,易于安装;抗振、抗冲击;抗干扰强、反极性保护、过压保护等特点。
(二)各自特点分析
扩散硅压力变送器具有标准螺纹引压测量方式、全不锈钢结构等特点。其感受、敏感转换和检测三位一体,无机械动件连接转换环节,不重复性和迟滞误差很小。线性也非常好,综合表态精度高。频响高,由于敏感膜片硅材料的本身固有频率高,一般在 50KC,且制造过程采用了集成工艺,膜片的有效面积可以很小,配以刚性结构前置安装特殊设计,使传感器频率响应很高,使用带宽可达零频至 100 千赫兹。抗电击穿性能好,可抗击 1500V/AC 电压的冲击。可靠性高,膜片位移量在微米数量级,且无机械磨损,无疲劳,无老化,平均无故障时间长。耐腐蚀性好,由于扩散硅材料本身优良的化学防腐性能好,即使传感器受压面不隔离,也能在普通使用中适应各种介质。此外,扩散硅压力变送器还具有精度高、量程迁移方便、能与各种仪表配套使用等特点。
陶瓷压力变送器抗过载和抗冲击能力强,过压可达量程的数倍,甚至用硬物直接敲打测量元件也不致使其损坏,且对测量精度毫无影响;稳定性高,每年优于 0.1% 满量程;温度漂移小,由于取消了压力测量元件中的中介液,因而传感器不仅获得了很高的测量精度,且受温度梯度影响极小;适用性广、安装维护方便、可任意位置安装。
应变式压力变送器高精度,长期稳定性好,易于安装;抗振、抗冲击;抗干扰强、反极性保护、过压保护;电气接口方式多样可选;有外部零点及满度调整可选;有防腐型可选。



IP属地:上海1楼2024-11-14 15:26回复